궁금증을 풀어 드립니다.

엔비디아, AI로 양자컴퓨터 상용화를 앞당긴다

-양자오류 보정AI모델 공개

-아이징 캘리브레이션, 아이징디코딩 아이징 모델 구성

[출처 4월 16일자 한국일보]

이 암호 같은 기사의 내용은 무엇일까요?

이 기사의 내용을 알기 위해서는 양자 상태의 개념을 알아야 합니다.

양자의 종류는 다양합니다.

물질 속의 *원자, 전자, 광자, 쿼크, 렙톤* 등이 양자의 식구들입니다.

그 중에서 양자 컴퓨터는 전자와 광자의 중첩과 얽힘을 이용하여 인공적인 양자 상태를 만들어, 이것을 양자 컴퓨터 연산(Processing)에 사용합니다.

그 *인위적 양자 상태를 결맞음(Coherence)*이라 부릅니다. 

결맞음 상태는 쉽게 깨어지는 성향을 가집니다. 

*결맞음의 상태를 길게 유지하는 기술이 양자 컴퓨터의 핵심* 입니다.

자연 상태의 양자 결맞음은 그 상태가 무너져서 결어긋남(Decoherence) 상태로 되어 안정적으로 유지 됩니다.

양자 컴퓨터는 결맞음 상태에서 양자 연산을 통하여, 최종적으로 측정을 통해 큐비트 1 또는 0의 결과를 얻습니다.

이해가 됩니까? 이해가 되어야 다음 글도 이해가 됩니다.

인위적이기 때문에 외부의 조그만 열이나 소음에도 양자의 결맞음이 깨어져 버립니다. 

열이나 소음을 양자 잡음이라고 합니다.

결맞음이 깨어져 버린다는 것은 큐비트 1과 큐비트 0으로 중첩되어 있거나 얽혀 있는 상태가, 

잡음의 영향으로 상태가 변형되거나, 측정 시 의도하지 않은 결과로 나타나는 것을 의미합니다.

잡음에 의한 결어긋남은 양자 연산의 목적대로 측정 되어야 할 양자 연산이 엉뚱한 큐비트를 생성해 내는 것입니다.

*양자 결맞음과, 양자 잡음으로 인한 양자 결어긋남*은 참으로 이해하기 어려운 현상이고 동시에 어려운 양자 기술입니다.

자연 상태의 물질 속 양자 결어긋남은 안정적이라, 물질의 상태가 현재 보이는 그대로 항상 유지됩니다.

그러하다면 왜 양자 컴퓨터의 양자 결맞음은 쉽게 깨어지는 것일까요?

1.   자연의 양자 결어긋남은 양자의 집단적인 평형 상태 입니다.

양자는 너무나 작고 수가 많은 입자들로 모여 있습니다. 그 입자들은 강한 전자기력이나 공유 결합 힘으로 단단히 묶여 있어서 쉽게 깨어지지가 않습니다. 이를 결어긋남 이라고 합니다.

2.   양자 컴퓨터의 양자 결맞음이 쉽게 깨어지는 이유

양자 중첩과 양자 얽힘은 외부와 완전히 차단되었을 때만 나타나는 극도로 예민한 정보가 목적한 대로 얽혀진 형태 입니다.

따라서 양자 결맞음은 미세한 잡음만 있어도 쉽게 깨어집니다.

3.   *양자 컴퓨터 결맞음 상태를 인위적으로 오래 유지하는 것*이 

양자 기술의 요체 입니다.

양자 결맞음과, 결어긋남으로 인한 물질의 안정성은 이해가 될 듯도 합니다.

양자 아이징은 또 무엇인가요?

양자 아이징(Quantum Ising) 기술은 복잡한 상태의 최적화를 이루기 위한 물리학의 아이징 모델(Physical Ising Model)을 양자 연산적으로 구현한 모델입니다.

연산적이란 위의 양자 결맞음으로 큐비트 연산을 하는 것을 말합니다. 

양자 연산 과정에서 아이징을 적용하여 연산 목적을 효과적으로 달성해 냅니다. 

1.   아이징 모델의 개념

*아이징 모델은 금속 내 양자들의 스핀(Spin) 방향이 어떻게 정렬되는지 설명하는 통계 물리 모델*입니다. 

*양자 속 스핀은 위(+) 또는 아래(-) 두 가지 상태*만 가집니다. *서로 이웃한 스핀들이 같은 상태를 유지할 때 전체 에너지가 낮아져서 안정적인 상태*가 됩니다. 

스핀은 큐비트 1과 큐비트 0을 가리키는 데 사용됩니다.

2.   양자 컴퓨터에 적용

현실 세계의 복잡한 문제를 풀어 나가는 데 아이징 모델을 활용합니다. 

물류 경로의 최적화, 신약과 신소재 후보 물질 탐색 등 고도의 연산에 적용 됩니다.

3.   활용 분야

양자 아이징은 금융 투자 포트폴리오, 물류와 교통의 최적화, 전력망의 효율적 구축, 암 퇴치 등 신약의 개발, 금속보다 더 질긴 신소재의 개발에 활용 가능합니다.

4.   엔비디아 아이징 모델 구성

*아이징 캘리브레이션(Calibration)은 측정 모델의 정확도를 보증하는 기술*입니다. 센서와 모델 전체의 출력값을기준에 맞추어 내는 오차 보정(補正) 기술입니다.

*아이징 디코더(Decoder)는 아이징 모델의 정보를 생성해 내는 기술*입니다.

엔비디아는 AI 용 GPU를 생산합니다. 

설계는 엔비디아가 하고,   팹리스 생산은 삼성전자가 담당합니다. 

세상은 나날이 발전하기 때문에 AI와 양자 컴퓨터의 기술은 날개를 달고 날아오릅니다.

AI와 양자 컴퓨터!! 공부하면 세상이 보입니다. 미래가 보입니다.